CN111822063B - 一种微流控芯片、其制作方法及微流控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微流控芯片、其制作方法及微流控装置，包括：相对设置的第一基板和第二基板，在第一基板指向第二基板方向上依次层叠设置的第一电极层、电致变色层、绝缘层和第二电极层；绝缘层包括多个贯穿绝缘层厚度方向上的微流通道；电致变色层在第一基板上的正投影至少覆盖部分微流通道所在区域。通过上述结构的设置，向第一电极层和第二电极层施加电压，当导电性流动体流入微流通道时，第一电极层、电致变色层和第二电极层与导电性流动体之间形成闭合导通回路，电致变色层在电压的作用下发生反应，颜色发生变化，从而可以实时显示导电性流动体的当前位置和移动路径。

Description

一种微流控芯片、其制作方法及微流控装置
技术领域
本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控芯片、其制作方法及微流控装置。
背景技术
微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。随着微流控芯片技术在医学、生命科学等领域的应用,将芯片的微通道结构及其他功能元件集成在数平方厘米的基片上,通过对微通道中的流体进行控制,以实现进样、稀释、混合、反应、分离、检测等多种功能的微全分析***，具有微型化、集成化、分析速度快、试剂消耗少等显著优点。
相关技术中，数字微流控对液体的操作能够精确到每个液滴，以更少的试剂量完成目标反应，对反应速率和反应进度的控制更为精确。但是相关技术中的数字微流控芯片仅具有液滴驱动的功能，而无法对液滴位置和移动路径进行监控，也就是说，在实际实验过程中，数字微流控芯片无法确认液滴是否是按照预设路径进行移动的，而对于一些移动路径较复杂的反应，一旦出现液滴停滞等现象必然会影响最终实验产物或实验结果，不利于数字微流控产品和技术在复杂生化反应中的应用和推广。
因此，如何实现对微流控芯片中导电性流动体的位置和路径的监控是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种微流控芯片、其制作方法及微流控装置，用以解决相关技术中微流控芯片无法对导电性流动体的位置和路径进行有效监控的问题。
本发明实施例提供了一种微流控芯片，包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及在所述第一基板指向所述第二基板方向上依次层叠设置的第一电极层、电致变色层、绝缘层和第二电极层；
所述绝缘层包括多个贯穿所述绝缘层厚度方向上的微流通道，所述微流通道用于承载导电性流动体；
所述电致变色层在所述第一基板上的正投影至少覆盖部分所述微流通道所在区域在所述第一基板上的正投影。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片中，所述电致变色层在所述第一基板上的正投影仅覆盖全部所述微流通道所在区域在所述第一基板上的正投影。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片中，所述电致变色层还包括：支撑结构；
所述支撑结构在所述第一基板上的正投影与所述微流通道在所述第一基板上的正投影互不重叠。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片中，所述电致变色层在所述第一基板上的正投影覆盖所述绝缘层在所述第一基板上的正投影。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片中，在所述绝缘层内还包括：反应腔，所述反应腔与对应的所述微流通道连通；
所述电致变色层在所述第一基板上的正投影至少覆盖部分所述反应腔所在区域在所述第一基板上的正投影。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片中，至少与部分所述反应腔对应的电致变色层的颜色与其他区域对应的电致变色层的颜色不同。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片中，所述第一基板为透明基板，所述第一电极层为透明电极。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片中，还包括：位于所述电致变色层与所述微流通道之间的离子存储层；
所述离子存储层与所述电致变色层采用极性相反的电致变色材料。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片中，还包括：位于所述电致变色层与所述离子存储层之间的离子传输层。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片中，还包括：位于所述电致变色层与所述微流通道之间的离子传输层。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片中，所述电致变色层的材料包括：三氧化钨、聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、以及金属酞菁类化合物之一或组合。
另一方面，本发明实施例提供了一种微流控芯片的制作方法，包括：
分别提供一第二基板和一第一基板；
在所述第二基板面向所述第一基板一侧依次形成第二电极层和绝缘层，并在所述绝缘层中形成多个微流通道；
在所述第一基板面向所述第二基板一侧依次形成第一电极层和电致变色层；
将所述第一基板与所述第二基板对盒，形成微流控芯片。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的微流控芯片的制作方法中，还包括：
在所述电致变色层背离所述第一基板一侧依次形成离子传输层和离子存储层。
另一方面，本发明实施例还提供了一种微流控装置，包括上述任一实施例所述的微流控芯片。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供了一种微流控芯片、其制作方法及微流控装置，该微流控芯片包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及在所述第一基板指向所述第二基板方向上依次层叠设置的第一电极层、电致变色层、绝缘层和第二电极层；所述绝缘层包括多个贯穿所述绝缘层厚度方向上的微流通道，所述微流通道用于承载导电性流动体；所述电致变色层在所述第一基板上的正投影至少覆盖部分所述微流通道所在区域。通过上述结构的设置，向第一电极层和第二电极层施加电压，当导电性流动体流入微流通道时，第一电极层、电致变色层和第二电极层与导电性流动体之间形成闭合导通回路，电致变色层在电压的作用下发生反应，颜色发生变化，从而可以实时显示导电性流动体的当前位置和移动路径。
附图说明
图1为本发明实施例提供的微流控芯片的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的微流控芯片的结构示意图之二；
图3为本发明实施例提供的微流控芯片的俯视结构示意图之一；
图4为本发明实施例提供的微流控芯片的俯视结构示意图之二；
图5为本发明实施例提供的微流控芯片的结构示意图之三；
图6为本发明实施例提供的微流控芯片的结构示意图之四；
图7为本发明实施例提供的微流控芯片制作方法的流程图。
具体实施方式
针对相关技术中的微流控芯片不能观察到导电性流动体的位置和路径的问题，本发明实施例提供了一种微流控芯片、其制作方法及微流控装置。为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
附图中各部件的形状和大小不反应真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供了一种微流控芯片，如图1所示，该微流控芯片包括：相对设置的第一基板1和第二基板2，以及在第一基板1指向第二基板2方向上依次层叠设置的第一电极层3、电致变色层4、绝缘层5和第二电极层6；
绝缘层5包括多个贯穿绝缘层5厚度方向上的微流通道51，微流通道51用于承载导电性流动体；其中，该绝缘层的材料采用聚二甲基硅氧烷(PDMS，polydimethylsiloxane)，由于PDMS具有良好的化学惰性使其成为一种广泛应用于微流控芯片领域的聚合物材料；
电致变色层4在第一基板1上的正投影至少覆盖部分微流通道51所在区域。
具体地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，通过上述结构的设置，向第一电极层和第二电极层施加电压，当导电性流动体流入微流通道时，第一电极层、电致变色层和第二电极层与导电性流动体之间形成闭合导通回路，电致变色层在电压的作用下发生反应，颜色发生变化，由于将第一基板以及第一电极层设置为透明层，从而可以从第一基板一侧实时观察导电性流动体的当前位置和移动路径；而在没有导电性流动体流入微流通道时，由于在电致变色层与第二电极层之间设置有绝缘层，即使向第一电极层和第二电极层施加电压，也不能形成闭合回路，即导电性流动体未流过的地方电致变色层的颜色不会发生变化，通过颜色的鲜明对比，可以确定导电性流动体所在位置，从而更好的确定该导电性流动体是否按照预设路径进行移动，以满足实验需求。
具体地，可以通过观察导电性流动体的当前位置以及路径，可以提前预判反应发生时间段，以免错过重要时刻，尤其在有紧急测试需求的时候，可以缩短等待时间；如果在常规时间内没有到达相应位置，可以提前预判可能发生了异常情况。
其中，至少第一基板为透明基板，至少第一电极层为透明电极，透明基板可以为透明玻璃或其他透明基板，透明电极可以为氧化铟锡、掺铝氧化锌等，当然第二基板也可以为透明基板，第二电极层也可以为透明电极。
具体地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，电致变色层实现变色，可以通过在第一电极层和第二电极层施加低直流电压，电致变色层内的电致变色材料在电压作用下发生氧化还原反应，使电致变色层的颜色发生变化。
需要说明的是，在本发明实施例中提及的导电性流动体为具有导电性的流动体，该流动体可以为流动的液体，也可以为流动的液珠，具体该导电性流动体如何进行选择根据实验条件进行具体选择，在此不做具体限定。
可选地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，如图2所示，电致变色层4在第一基板1上的正投影仅覆盖全部微流通道51所在区域。
具体地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，可以仅在微流通道对应的位置设置电致变色层，在微流通道中流入导电性流动体时，只有微流通道对应的位置会出现颜色的变化，相比于电致变色层在第一基板上进行整层设置会使微流通道两侧位置出现部分变色现象，仅在微流通道对应的位置设置电致变色层，可以提高对颜色识别的精确度，在非微流通道对应的位置不会出现颜色的变化。
可选地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，如图2所示，该电致变色层还包括：支撑结构7；
该支撑结构7在第一基板1上的正投影与微流通道51在第一基板1上的正投影互不重叠。
具体地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，可以只在与部分微流通道对应的区域设置电致变色层，可以在微流通道的关键位置设置电致变色层，对反应关键节点进行掌控；为确保整个组件的稳定性，在第一电极层制作完成后，可以采用曝光、刻蚀工艺制作支撑层，然后在支撑层中形成刻蚀空白区，在该空白区域内制作电致变色层，例如可以将电致变色层设置为呈阵列排布的，其中，可以在预设的关键点设置与其他区域颜色不同的电致变色层，如可以将关键的反应腔或者过渡腔对应电致变色层设置为红色电致变色层，将其他区域对应的电致变色层设置为绿色电致变色层，以对微流控芯片的关键位置进行显著的表征。
可选地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，如图1所示，电致变色层4在第一基板1上的正投影覆盖绝缘层5在第一基板1上的正投影。
具体地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，为了简化电致变色层的制作过程，可以将电致变色层进行整层设置，可以不必对电致变色层进行图案化，简化了制作工艺。
可选地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，在绝缘层内还包括：反应腔，该反应腔与对应的微流通道连通；
电致变色层在第一基板上的正投影至少覆盖部分反应腔所在区域在第一基板上的正投影。
具体地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，如图3和图4所示，微流控芯片除了包括按预设规则排列的微流通道51外，还包括为微流通道51连通的液体入口a1，过渡腔a2，反应腔a3，以及液体出口a4，其中，图中仅示出了部分反应腔，该反应腔可以呈阵列排布，为了可以对关键的反应腔a3进行观察，可以在关键反应腔a3对应的位置设置电致变色层，当然也可以在所有反应腔a3对应的位置设置电致变色层，根据实际应用情况进行选择，在此不作具体限定。
其中，图3所示的微流控芯片具有多个反应腔a3，每条微流通道51与一个反应腔a3连通，图4所示的微流控制芯片具有一个反应腔a3，多条微流通道51与一个反应腔a3连通，根据实际需要对不同微流控芯片进行选择。
可选地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，如图5和图6所示，还包括：位于电致变色层4与微流通道51之间的离子存储层8；
离子存储层8与电致变色层4采用极性相反的电致变色材料。
具体地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，离子存储层起到离子平衡作用，用于提供和储存变色所需的离子，一般采用与电致变色层的材料变色性能相反的电致变色材料，这样可以起到颜色叠加或互补的作用。
可选地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，电致变色层的材料包括：阴极还原电致变色材料；
离子存储层的材料包括：阳极氧化电致变色材料。
具体地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，电致变色层的材料包括：三氧化钨、聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、以及金属酞菁类化合物之一或组合。
可选地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，如图5和图6所示，还包括：位于电致变色层4与离子存储层8之间的离子传输层9。
具体地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，离子传输层为电解质层，既可以是凝胶态或者固态电解质中的一种，起到离子传输的作用。
可选地，在本发明实施例提供的微流控芯片中，当该微流控芯片未设置离子存储层时，该离子传输层位于电致变色层与微流通道之间；当该微流控芯片设置有离子存储层时，将该离子传输层设置位置离子存储层与电致变色层之间。
除上述之外，在本发明实施例提供的微流控芯片中，如图1所示，还包括：位于第一基板1与第二基板2之间的封框胶结构10，用于对上述微流控芯片进行封装。
其中，如图1所示，第一电极层3左侧超出第二基板2的部分表示与第一电极层3相连的第一电极引线，便于与设置在边缘处的用于驱动第一电极层3的电路结构(在图中未具体示出)相连；同理，第二电极层6右侧超出第一基板1的部分表示与第二电极层6相连的第二电极引线，便于与设置在边缘处的用于驱动第二电极层6的电路结构(在图中未具体示出)相连。具体地，图1是以第一电极引线和第二电极引线分别位于微流控芯片的左右两侧为例进行示意的，当然第一电极引线和第二电极引线也可以位于微流控芯片的一侧，根据实际设计情况进行选择，在此不作具体限定。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种微流控芯片的制作方法，如图7所示，包括：
S701、分别提供一第二基板和一第一基板；
S702、在第二基板面向第一基板一侧依次形成第二电极层和绝缘层，并在绝缘层中形成多个微流通道；
S703、在第一基板面向第二基板一侧依次形成第一电极层和电致变色层；
S704、将第一基板与第二基板对盒，形成微流控芯片。
其中，步骤S702与步骤S703之间没有先后的顺序之分，任一步骤在前均可，也可以同时进行制作，根据实际情况进行选择，在此不作具体限定。
可选地，在本发明实施例提供的微流控芯片的制作方法中，还包括：
在电致变色层背离第一基板一侧依次形成离子传输层和离子存储层。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种微流控装置，包括上述任一实施例提供的微流控芯片。
其中，该微流控装置除了包括微流控芯片外，还包括为微流控各电极提供电压的电源，以及对所施加电压进行控制的处理器，除上述实施例提供的微流控芯片外，其他部件均是建立在相关微流控装置的基础上进行设置的，其他部件的设置和功能与相关技术相同，在此不再详述。
本发明实施例提供了一种微流控芯片、其制作方法及微流控装置，该微流控芯片包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及在所述第一基板指向所述第二基板方向上依次层叠设置的第一电极层、电致变色层、绝缘层和第二电极层；所述绝缘层包括多个贯穿所述绝缘层厚度方向上的微流通道，所述微流通道用于承载导电性流动体；所述电致变色层在所述第一基板上的正投影至少覆盖部分所述微流通道所在区域。通过上述结构的设置，向第一电极层和第二电极层施加电压，当导电性流动体流入微流通道时，第一电极层、电致变色层和第二电极层与导电性流动体之间形成闭合导通回路，电致变色层在电压的作用下发生反应，颜色发生变化，从而可以实时显示导电性流动体的当前位置和移动路径。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：相对设置的第一基板和第二基板，以及在所述第一基板指向所述第二基板方向上依次层叠设置的第一电极层、电致变色层、绝缘层和第二电极层；
所述绝缘层包括多个贯穿所述绝缘层厚度方向上的微流通道，所述微流通道用于承载导电性流动体；
所述电致变色层在所述第一基板上的正投影至少覆盖部分所述微流通道所在区域在所述第一基板上的正投影。
2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述电致变色层在所述第一基板上的正投影仅覆盖全部所述微流通道所在区域在所述第一基板上的正投影。
3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述电致变色层还包括：支撑结构；
所述支撑结构在所述第一基板上的正投影与所述微流通道在所述第一基板上的正投影互不重叠。
4.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述电致变色层在所述第一基板上的正投影覆盖所述绝缘层在所述第一基板上的正投影。
5.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，在所述绝缘层内还包括：反应腔，所述反应腔与对应的所述微流通道连通；
所述电致变色层在所述第一基板上的正投影至少覆盖部分所述反应腔所在区域在所述第一基板上的正投影。
6.如权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，至少与部分所述反应腔对应的电致变色层的颜色与其他区域对应的电致变色层的颜色不同。
7.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一基板为透明基板，所述第一电极层为透明电极。
8.如权利要求1-7任一项所述的微流控芯片，其特征在于，还包括：位于所述电致变色层与所述微流通道之间的离子存储层；
所述离子存储层与所述电致变色层采用极性相反的电致变色材料。
9.如权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，还包括：位于所述电致变色层与所述离子存储层之间的离子传输层。
10.如权利要求1-7任一项所述的微流控芯片，其特征在于，还包括：位于所述电致变色层与所述微流通道之间的离子传输层。
11.如权利要求1-7任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述电致变色层的材料包括：三氧化钨、聚噻吩类及其衍生物、紫罗精类、四硫富瓦烯、以及金属酞菁类化合物之一或组合。
12.一种如权利要求1-11任一项所述的微流控芯片的制作方法，其特征在于，包括：
分别提供一第二基板和一第一基板；
在所述第二基板面向所述第一基板一侧依次形成第二电极层和绝缘层，并在所述绝缘层中形成多个微流通道；
在所述第一基板面向所述第二基板一侧依次形成第一电极层和电致变色层；
将所述第一基板与所述第二基板对盒，形成微流控芯片。
13.如权利要求12所述的微流控芯片的制作方法，其特征在于，还包括：
在所述电致变色层背离所述第一基板一侧依次形成离子传输层和离子存储层。
14.一种微流控装置，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的微流控芯片。
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